CN103079142B - 一种无线低音炮低音延时可调系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种无线低音炮低音延时可调系统及方法，包括音频信号源设备、无线发射端设备、重低音音箱和无线接收端设备，所述音频信号源设备与重低音音箱通过无线通讯；所述无线发射端设备包括加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元、第一ID号识别及跳频控制单元和2.4G？RF发射单元；所述无线接收端设备包括2.4G？RF接收单元、第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模拟输出转换单元、第二ID号识别及跳频控制单元和有源低音音箱功率放大器。本发明利用2.4G？RF技术进行无线通信，解决了用户的低音炮在客厅的灵活摆放而又不牺牲音质效果，且性价比比较高。
Description
技术领域
本发明涉及音响领域，尤其是无线有源低音炮，以及无线有源多媒体音响。
背景技术
随着无线技术的发展和人们对家庭视听效果要求的提高，传统的重低音音箱，需要用一根很长的信号线横跨整个客厅，有线的连接方式导致客厅布线非常麻烦，不仅不美观，也影响它的摆位。无线低音炮延时可调系统，可满足人们对音响低音效果的要求同时免除影响客厅重新布线的麻烦。
目前市面上的无线低音炮主要有使用FM和2.4G技术的。其中2.4G无线的低音炮信噪比较高，但通常都使用传统的无线数字音频技术，延迟都超过30毫秒。由于声音在空气中的传播速度约为340m/s，30毫秒延迟意味着低音炮发出的声音和主扬声器发出的声音的感觉距离长达10米，若想通过摆位的方法消除这个距离，在小的客厅显然是不现实的，声音及视频画面之间的同步效果也是无法接受的。
另一方面，由于传统的无线数字音频技术主要是用于全频段的音频信号，用于低音炮低频部分有很大的浪费，从而导致成本过高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种无线低音炮低音延时可调系统，不仅解决了系统布线麻烦的问题，也提高了音质，降低了系统成本。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种无线低音炮低音延时可调方法，不仅解决了系统布线麻烦的问题，也提高了音质，降低了系统成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无线低音炮低音延时可调系统，包括音频信号源设备、无线发射端设备、重低音音箱和无线接收端设备，所述音频信号源设备与重低音音箱通过无线通讯；所述无线发射端设备包括加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元、第一ID号识别及跳频控制单元和2.4GRF发射单元，所述音频信号依次通过所述加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元后由2.4GRF发射单元向外发射，所述第一ID号识别及跳频控制单元用于控制所述2.4GRF发射单元的信号发射；所述无线接收端设备包括2.4GRF接收单元、第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模数转换单元、第二ID号识别及跳频控制单元和有源低音音箱功率放大器，所述2.4GRF接收单元接收到由2.4GRF发射单元发送过来的数字信号后，依次经过第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模数转换单元后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出，所述第二ID号识别及跳频控制单元用于控制2.4GRF接收单元的信号接收。
作为改进，所述ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元和第一ID号识别及跳频控制单元集成在第一MCU中。
作为改进，所述音频信号源设备包括碟机、电视机或电脑。
作为改进，所述数模转换单元包括PWM输出单元和第二低通滤波器，所述延时处理单元输出的信号依次通过PWM输出单元和第二低通滤波器后输出到有源低音音箱功率放大器中。
作为改进，所述数模转换单元包括I2S输出单元和DAC数模转换单元，所述延时处理单元输出的信号依次通过I2S输出单元和DAC数模转换单元后输出到有源低音音箱功率放大器中。
作为改进，所述无线接收端设备还包括工作模式控制单元，所述工作模式控制单元与所述延时处理单元连接，所述工作模式控制单元与外置无线设备匹配。
作为改进，第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模数转换单元和第二ID号识别及跳频控制单元集成在第二MCU中。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种无线低音炮低音延时可调方法，包括以下步骤：
（1）音频信号源产生的模拟音频信号通过加法器，低通滤波器、取出单通道的低频端音频信号输入到ADC模数转换单元中；ADC模数转换单元将模拟信号转换成数字信号，信号输出后由第一缓冲队列处理单元进行缓冲，再由第一ID号识别及跳频控制单元对信号进行调谐、跳频控制和ID号识别，最后通过2.4GRF发射单元将信号进行发射；
（2）2.4GRF接收单元接收到来自2.4GRF发射单元的无线信号后，通过第二ID号识别及跳频控制单元进行ID号识别，以及相应的跳频控制，再进入第二缓冲队列处理单元进行数据缓冲，然后经过延时处理单元进行延时控制处理，最后通过模数转换单元还原成模拟信号，再通过有源低音音箱功率放大器进行输出。
作为改进，所述模数转换单元包括PWM输出单元和第二低通滤波器，所述延时处理单元输出的信号依次通过PWM输出单元和第二低通滤波器后输出到有源低音音箱功率放大器中。
作为改进，所述模数转换单元包括I2S输出单元和DAC数模转换单元，所述延时处理单元输出的信号依次通过I2S输出单元和DAC数模转换单元后输出到有源低音音箱功率放大器中。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明利用2.4GRF技术进行无线通信，解决了用户在低音炮在客厅的灵活摆放而又不牺牲音质效果，且性价比比较高。无线发射端设备由于只发射声音的低频部分，由于低频信号的频率较低，因此所需带宽较小，因此可以加入更多冗余来提高低音的音质且降低对发射设备的要求从而降低无线发射及无线接收的成本。
附图说明
图1为本发明系统框架图。
图2为无线发射端设备框架图。
图3为实施例1无线接收端设备框架图。
图4为实施例2无线接收端设备框架图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种无线低音炮低音延时可调系统，包括音频信号源设备、无线发射端设备、重低音音箱和无线接收端设备。本发明适用于碟机、电视机、电脑等设备，也可以用在5.1或7.1通道的家庭影院音响及2.1的桌面多媒体音响领域。本实施例中，所述音频信号源设备为平板电视机，所述平板电视机具有左声道喇叭、右声道喇叭、USB接口和音频输出接口。为了获得较好的音响效果，平板电视机还配备有一个无线低音炮；利用平板视机原来的喇叭作为声音的中高频发声，利用无线低音炮作为声音中的低频发音。所述平板电视机还配备有无线发射端设备，无线发射端设备可以内置或外置于平板电视机；低音炮配备有无线接收端设备，无线接收端设备可以内置或外置于低音炮；所述平板电视机与低音炮通过无线通信。无线发射端设备的的电源可以由从平板电视机的USB接口提获得，或利用干电池、锂电池或者电源适配器进行供电；无线发射端设备的信号获取从平板电视机的音频输出接口获得。
如图2所示，所述无线发射端设备包括加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元、第一ID号识别及跳频控制单元和2.4GRF发射单元，所述音频信号依次通过所述加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元后由2.4GRF发射单元向外发射，所述第一ID号识别及跳频控制单元用于控制所述2.4GRF发射单元的信号发射。所述ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元和第一ID号识别及跳频控制单元集成在第一MCU中。通过从平板电视机音频输出接口取得音频模拟信号，通过加法器，低通滤波器、取出单通道的低频端音频信号输入到第一MCU中；ADC模数转换单元将模拟信号转换成数字信号，由于人耳对低频信号不敏感，而较低价位的单片机可内置12Bit精度的ADC，因此权衡效果和成本可直接使用MCU里面的ADC；同时第一MUC通过采样信号输入，可以在无信号时关闭系统以降低能耗；由ADC模数转换单元转换后的数字信号由第一缓冲队列处理单元进行缓冲，再由第一ID号识别及跳频控制单元对信号进行调谐、跳频控制和ID号识别，最后通过2.4GRF发射单元将信号进行无线发射。上述跳频控制通过定时器同步，每发送一帧信号跳频一次以避免了某个信道过于恶劣而造成无法通信，同时通过ID号定义跳频规律以避免几个发射器同时工作时造成互相干扰。ID号识别是在出厂时确定好匹配的接收设备。
如图3所示，所述无线接收端设备包括2.4GRF接收单元、第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、PWM输出单元、第二低通滤波器、第二ID号识别及跳频控制单元和有源低音音箱功率放大器，所述2.4GRF接收单元接收到由2.4GRF发射单元发送过来的数字信号后，依次经过第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、PWM输出单元、第二低通滤波器后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出，所述第二ID号识别及跳频控制单元用于控制2.4GRF接收单元的信号接收。所述第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、PWM输出单元和第二ID号识别及跳频控制单元集成在第二MCU中。为了使系统功能更强大，第二MCU中还集成了工作模式控制单元，该工作模式控制单元与所述延时处理单元连接，所述工作模式控制单元与外置无线设备匹配，如红外遥控或者键盘输入；工作模式控制部分可接收用户根据低音炮的摆位通过红外线遥控发送的指令或面板按键的指令设置延时时间，和有源低音炮的各种参数。2.4GRF接收单元接收到来自2.4GRF发射单元的无线信号后，通过第二ID号识别及跳频控制单元进行ID号识别，以及相应的跳频控制，接收器ID识别号与发射器ID识别号相匹配接收器也以ID号为规则进行跳频接收，以确保双方跳频同步；2.4GRF接收单元每次接收到正确的信号帧都输入缓冲队列，第二缓冲队列处理单元根据用户设置和缓冲区的状态选择合适的信号输出，由于采用每个数据帧都跳频的方式，可大大减少连续的丢帧现象，由于每个信号帧都包含多个音频的采样点，因此即使出现丢帧也很容易从其它数据帧得到恢复；信号帧新型数据缓冲后，经过延时处理单元进行延时控制处理；最后通过PWM输出单元、第二低通滤波器后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出。
无线发射端设备由于只发射声音的低频部分，由于低频信号的频率较低，因此所需带宽较小，因此可以加入更多冗余来提高低音的音质且降低对发射设备的要求从而降低无线发射及无线接收的成本。
通过避免蓝牙、ZigBee等标准授权的费用，以及简化协议以降低设备复杂性和降低成本的前提下，提供比现有产品更高的使用灵活性和效果，提升了产品的竞争力。
实施例2
与实施例1所不同的是，如图4所示，所述无线接收端设备包括2.4GRF接收单元、第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、I2S输出单元、DAC数模转换单元、第二ID号识别及跳频控制单元和有源低音音箱功率放大器，所述2.4GRF接收单元接收到由2.4GRF发射单元发送过来的数字信号后，依次经过第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、I2S输出单元、DAC数模转换单元后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出，所述第二ID号识别及跳频控制单元用于控制2.4GRF接收单元的信号接收。所述第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、I2S输出单元和第二ID号识别及跳频控制单元集成在第二MCU中。为了使系统功能更强大，第二MCU中还集成了工作模式控制单元，该工作模式控制单元与所述延时处理单元连接，所述工作模式控制单元与外置无线设备匹配，如红外遥控或者键盘输入；工作模式控制部分可接收用户根据低音炮的摆位通过红外线遥控发送的指令或面板按键的指令设置延时时间，和有源低音炮的各种参数。2.4GRF接收单元接收到来自2.4GRF发射单元的无线信号后，通过第二ID号识别及跳频控制单元进行ID号识别，以及相应的跳频控制，接收器ID识别号与发射器ID识别号相匹配接收器也以ID号为规则进行跳频接收，以确保双方跳频同步；2.4GRF接收单元每次接收到正确的信号帧都输入缓冲队列，第二缓冲队列处理单元根据用户设置和缓冲区的状态选择合适的信号输出，由于采用每个数据帧都跳频的方式，可大大减少连续的丢帧现象，由于每个信号帧都包含多个音频的采样点，因此即使出现丢帧也很容易从其它数据帧得到恢复；信号帧新型数据缓冲后，经过延时处理单元进行延时控制处理；最后通过I2S输出单元和DAC数模转换单元后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出。
Claims (10)
1.一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：包括音频信号源设备、无线发射端设备、重低音音箱和无线接收端设备，所述音频信号源设备与重低音音箱通过无线通讯；所述无线发射端设备包括加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元、第一ID号识别及跳频控制单元和2.4GRF发射单元，所述音频信号依次通过所述加法器、第一低通滤波器、ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元后由2.4GRF发射单元向外发射，所述第一ID号识别及跳频控制单元用于控制所述2.4GRF发射单元的信号发射；所述无线接收端设备包括2.4GRF接收单元、第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模数转换单元、第二ID号识别及跳频控制单元和有源低音音箱功率放大器，所述2.4GRF接收单元接收到由2.4GRF发射单元发送过来的数字信号后，依次经过第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、模数转换单元后转换成模拟信号输入到有源低音音箱功率放大器进行音频输出，所述第二ID号识别及跳频控制单元用于控制2.4GRF接收单元的信号接收；
所述音频信号源设备为平板电视机，所述平板电视机具有左声道喇叭、右声道喇叭、USB接口和音频输出接口，利用平板视机原来的喇叭作为声音的中高频发声，利用无线低音炮作为声音中的低频发音；无线发射端设备的的电源可以由从平板电视机的USB接口提获得，或利用干电池、锂电池或者电源适配器进行供电；无线发射端设备的信号获取从平板电视机的音频输出接口获得；
由ADC模数转换单元转换后的数字信号由第一缓冲队列处理单元进行缓冲，再由第一ID号识别及跳频控制单元对信号进行调谐、跳频控制和ID号识别，最后通过2.4GRF发射单元将信号进行无线发射；跳频控制通过定时器同步，每发送一帧信号跳频一次以避免了某个信道过于恶劣而造成无法通信，同时通过ID号定义跳频规律以避免几个发射器同时工作时造成互相干扰；接收器ID识别号与发射器ID识别号相匹配接收器也以ID号为规则进行跳频接收，确保双方跳频同步；2.4GRF接收单元每次接收到正确的信号帧都输入缓冲队列，第二缓冲队列处理单元根据用户设置和缓冲区的状态选择合适的信号输出，采用每个数据帧都跳频的方式，减少连续的丢帧现象，每个信号帧都包含多个音频的采样点。
2.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：所述ADC模数转换单元、第一缓冲队列处理单元和第一ID号识别及跳频控制单元集成在第一MCU中。
3.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：所述音频信号源设备包括碟机、电视机或电脑。
4.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：所述模数转换单元包括PWM输出单元和第二低通滤波器，所述延时处理单元输出的信号依次通过PWM输出单元和第二低通滤波器后输出到有源低音音箱功率放大器中。
5.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：所述模数转换单元包括I2S输出单元和DAC数模转换单元，所述延时处理单元输出的信号依次通过I2S输出单元和DAC数模转换单元后输出到有源低音音箱功率放大器中。
6.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：所述无线接收端设备还包括工作模式控制单元，所述工作模式控制单元与所述延时处理单元连接，所述工作模式控制单元与外置无线设备匹配。
7.根据权利要求1所述的一种无线低音炮低音延时可调系统，其特征在于：第二缓冲队列处理单元、延时处理单元、PWM输出和第二ID号识别及跳频控制单元集成在第二MCU中。
8.一种无线低音炮低音延时可调方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）音频信号源产生的模拟音频信号通过加法器，低通滤波器、取出单通道的低频端音频信号输入到ADC模数转换单元中；ADC模数转换单元将模拟信号转换成数字信号，信号输出后由第一缓冲队列处理单元进行缓冲，再由第一ID号识别及跳频控制单元对信号进行调谐、跳频控制和ID号识别，最后通过2.4GRF发射单元将信号进行发射；
（2）2.4GRF接收单元接收到来自2.4GRF发射单元的无线信号后，通过第二ID号识别及跳频控制单元进行ID号识别，以及相应的跳频控制，再进入第二缓冲队列处理单元进行数据缓冲，然后经过延时处理单元进行延时控制处理，最后通过模数转换单元还原成模拟信号，再通过有源低音音箱功率放大器进行输出；
所述音频信号源设备为平板电视机，所述平板电视机具有左声道喇叭、右声道喇叭、USB接口和音频输出接口，利用平板视机原来的喇叭作为声音的中高频发声，利用无线低音炮作为声音中的低频发音；无线发射端设备的的电源可以由从平板电视机的USB接口提获得，或利用干电池、锂电池或者电源适配器进行供电；无线发射端设备的信号获取从平板电视机的音频输出接口获得；
由ADC模数转换单元转换后的数字信号由第一缓冲队列处理单元进行缓冲，再由第一ID号识别及跳频控制单元对信号进行调谐、跳频控制和ID号识别，最后通过2.4GRF发射单元将信号进行无线发射；跳频控制通过定时器同步，每发送一帧信号跳频一次以避免了某个信道过于恶劣而造成无法通信，同时通过ID号定义跳频规律以避免几个发射器同时工作时造成互相干扰；接收器ID识别号与发射器ID识别号相匹配接收器也以ID号为规则进行跳频接收，确保双方跳频同步；2.4GRF接收单元每次接收到正确的信号帧都输入缓冲队列，第二缓冲队列处理单元根据用户设置和缓冲区的状态选择合适的信号输出，采用每个数据帧都跳频的方式，减少连续的丢帧现象，每个信号帧都包含多个音频的采样点。
9.根据权利要求8所述的一种无线低音炮低音延时可调方法，其特征在于：所述模数转换单元包括PWM输出单元和第二低通滤波器，所述延时处理单元输出的信号依次通过PWM输出单元和第二低通滤波器后输出到有源低音音箱功率放大器中。
10.根据权利要求8所述的一种无线低音炮低音延时可调方法，其特征在于：所述模数转换单元包括I2S输出单元和DAC数模转换单元，所述延时处理单元输出的信号依次通过I2S输出单元和DAC数模转换单元后输出到有源低音音箱功率放大器中。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140903 Address after: 510800 Guangzhou street, Xinhua Street, Huadu District, Guangdong, China, No. 8, Jinghu Applicant after: Guoguang Electric Co., Ltd. Applicant after: Guangzhou Guoguang Electric Co., Ltd. Applicant after: GUANGDONG MEIJIA AUDIO DEVELOPMENT CO., LTD. Address before: 510800 Guangzhou street, Xinhua Street, Huadu District, Guangdong, China, No. 8, Jinghu Applicant before: Guoguang Electric Co., Ltd. Applicant before: Guangzhou Guoguang Electric Co., Ltd. Applicant before: Guangzhou Yangcheng Precision Electronics Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |